CN104785746A - 注粉吹氩压力铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力铸造领域，特别涉及一种注粉吹氩压力铸造工艺。该注粉吹氩压力铸造工艺，注粉可以形成大量弥散分布的非自发形核核心，改变金属熔体的形核条件；同时固体粉末对熔体中枝晶的冲击扰动作用以及固体微粒与熔体的强烈相对运动，改变晶核形成后的生长条件，从而更加细化晶粒；吹氩的目的是保护合金液免于在紊流或者扰动中被氧化或者吸氢，该工艺系统构思科学，结构也便于实现，操作灵活，在合理设置其工艺参数时可以大幅提高压铸件的综合机械性能。

Description

注粉吹氩压力铸造工艺

技术领域

本发明涉及压力铸造领域，特别涉及一种注粉吹氩压力铸造工艺。

背景技术

铝镁合金由于质轻、比强度高、抗电磁干扰性能好，以及吸震性和可回收性能良好，广泛应用于五金、家用电器、航空航天、轨道交通、电力电子、汽车摩托车等产品之中。随着汽车业的持续发展及其轻量化进程的深入，以铝镁合金为代表的轻质合金零部件的市场前景也越来越广阔。而铝镁合金约1/3为压铸件，其中铝合金压铸件占压铸件总产量约87%；锌合金压铸件占11%；镁合金压铸件占2%；且镁合金总量的90%以上为压铸生产。以2012年为例，全国压铸件总产量102.4万吨，其中铝、镁压铸件81.5万吨。为了满足汽车对铸件的薄壁、形状复杂、高强度、高质量的要求，以及提高生产效率、延长模具寿命，对压力铸造工艺进行优化也日益迫切。正因如此，半固态铸造、挤压铸造、真空压铸、强烈熔体剪切+压铸（MC-压铸）、加氧压铸、二次加压压铸等新工艺越来越引起研究者的兴趣。

以上所述的几种工艺方法都可以大幅提高压铸件性能，但在压铸生产中均有其各自的缺点，并未能大面积地推广。就半固态铸造而言，需要对合金进行二次熔化，必将增加能耗；对半固态浆料的输送及其温度控制也制约其大量的商业化生产。挤压铸造对于浇入挤压模具中的金属定量要求严格，而且挤压件的结构不能太复杂。真空压铸则一直是一种辅助压铸的机构，其模具因真空系统的设置变得较为复杂，且其排气道面积也必须大于一个临界面积，从而降低了工艺出品率。由于熔体强力剪切的双螺旋旋转机制的强烈搅拌作用,在使合金凝固组织更加均匀的同时,这也可能导致引入新的夹杂物和卷气。加氧压铸则在压铸前将氧气充入型腔，取代其中的空气，氧气的引入必将引起氧化问题。二次加压压铸则只适用于局部厚壁的压铸件生产。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种生产方便、安全高效，铸件耐磨性更高、强度以及韧度更大的注粉吹氩压力铸造工艺。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）吹氩：压射冲头在压铸机压射机构的作用下前进，逐渐封堵浇注口，向压射室内通入0.1-0.5秒的氩气，此时压射室内空气被驱走，压射冲头未到达注粉吹氩通道；

（2）注粉吹氩：将储粉筒内的粉末注入压射室内，注入0.1-0.3秒后停止，同时通入氩气；

（3）吹氩：停止注粉后，氩气继续通入0.1-0.3秒后停止；

（4）压射冲头继续向模具方向前进，压射室内的液态金属液面上升，粉末卷进液体中进行混合，直到液体充满并在压射室内建立压力，然后快速高压压射，冷却开模取出铸件后，得到高性能压铸件。

进一步的，步骤（2）所述的粉末的粒径为0.1-10um，该粉末可作为金属凝固的结晶形核核心，根据压铸成形的金属和合金不同，可以选择不同成分的粉末，且粉末的物质的晶格常数跟压铸成形的金属和合金相比，相对差小于或等于15%。

进一步的，所述储粉筒的温度为90-110℃，通入压力为100-450KPa的氩气进行保护，防止粉末氧化。

进一步的，步骤（2）所述粉末经过储粉筒、注粉吹氩通道、注粉吹氩控制器通入压射室内，所述注粉吹氩通道位于压射熔杯的中间部位，且当压射冲头经过注粉吹氩通道时，压射室内金属液的液面尚未碰触到注粉吹氩通道，该位置通过对压铸机上生产的压铸件的重量和冲头直径计算确定。

进一步的，氩气通过注粉吹氩通道、注粉吹氩控制器）进入压射室，氩气可以吹散吹匀粉末，使粉末呈弥散状分布于压射室内，进而均匀散布于液态金属表面；同时可以驱走压射室内的空气，使金属液在氩气保护气氛中充型。

所述注粉吹氩控制器为多用换向阀，位于氩气注粉吹氩通道前方，可固定在压铸机的定模安装板上，或者单独在压铸机外固定。它可以控制氩气、粉末的通断及其定量，注粉吹氩控制器可以手动和自动；可以单独让氩气或者粉末通过，也可以让粉末和氩气同时通过或者不通过。

进一步的，步骤（4）所述粉末在压铸过程中与液态金属进行混合，粉末的注入量根据压铸件的大小，通过改变粉末注入时间和氩气的压力进行调整，粉末的注入量一般为压铸金属重量的0.01-0.05wt%。

本发明的有益效果是：本发明提供了注粉吹氩压力铸造工艺，注粉可以形成大量弥散分布的非自发形核核心，改变金属熔体的形核条件；同时固体粉末对熔体中枝晶的冲击扰动作用以及固体微粒与熔体的强烈相对运动，改变晶核形成后的生长条件，从而更加细化晶粒；吹氩的目的是保护合金液免于在紊流或者扰动中被氧化或者吸氢，该工艺系统构思科学，结构也便于实现，操作灵活，在合理设置其工艺参数时可以大幅提高压铸件的综合机械性能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明注粉吹氩压力铸造工艺系统的实施结构示意图；

附图2为压铸模打开后动模方向的俯视图。

1．压铸机动模安装板，2.动模， 6.定模，7.压铸机定模安装板，8. 储粉筒，9. 氩气罐，10. 注粉吹氩控制器，11.注粉吹氩通道，12.浇注口，13．压射冲头，14.压射熔杯，15.压射室，16.动模安装板，17. 动模模框，18.动模镶块，19.拉伸试样A型腔，20.拉伸试样B型腔，21.冲击韧性试样型腔。

具体实施方式

附图1为本发明的一种具体实施例，为本发明应用在普通卧式冷室压铸机上的结构示意图，本发明包括如下步骤：（1）吹氩：压射冲头13在压铸机压射机构的作用下前进，逐渐封堵浇注口12，向压射室15内通入0.1-0.5秒的氩气，此时压射室15内空气被驱走，压射冲头13未到达注粉吹氩通道11；（2）注粉吹氩：储粉筒8内的粉末经过储粉筒8、注粉吹氩通道11、注粉吹氩控制器10通入压射室15内，注入0.1-0.3秒后停止，同时通入氩气，所述储粉筒8的温度为90-110℃，通入压力为100-450KPa的氩气进行保护；（3）吹氩：停止注粉后，氩气继续通入0.1-0.3秒后停止，氩气通过注粉吹氩通道11、注粉吹氩控制器10进入压射室15，氩气可以吹散吹匀粉末，使粉末呈弥散状分布于压射室15内，进而均匀散布于液态金属表面；同时可以驱走压射室15内的空气，使金属液在氩气保护气氛中充型；压射冲头13继续前进，压射室15内的液态金属液面上升，粉末卷进液体中进行混合，直到液体充满并在压射室15内建立压力，然后快速高压压射，冷却开模取出铸件后，得到高性能压铸件。

所述注粉吹氩控制器10位于氩气注粉吹氩通道11前方，可固定在压铸机的定模安装板7上，或者单独在压铸机外固定。它可以控制氩气、粉末的通断及其定量，注粉吹氩控制器10可以手动和自动；可以单独让氩气或者粉末通过，也可以让粉末和氩气同时通过或者不通过。

实施例1

一种注粉吹氩压铸工艺系统在试样压铸模上实现。图2为压铸模打开后动模方向的俯视图。该压铸模具跟350吨压铸机匹配，一模四腔，按照国标“压铸有色合金试样（GB/T 13822-1992）”设计，一次压铸两个拉伸A试样，一个拉伸B试样，一个冲击韧性试样，故在一副压铸模具中开设有四个型腔，即两个拉伸试样A型腔19，一个拉伸试样B型腔20，一个冲击韧性试样型腔21。其中，模具材料采用H13钢；从图中可以看出，该压铸模具基本上与普通高压压铸模具没有差别，因此在施行注粉吹氩工艺时对模具可以不做任何改动。注粉吹氩工艺可以这样设定：压射冲头13在压铸机压射机构的作用下前进，逐渐封堵浇注口12，向压射室15内通入0.1秒的氩气，此时压射室15内空气被驱走，压射冲头13未到达注粉吹氩通道11；然后储粉筒8内的粉末经过储粉筒8、注粉吹氩通道11、注粉吹氩控制器10通入压射室15内，注入0.1秒后停止，同时通入氩气；停止注粉后，氩气继续通入0.1秒后停止，压射冲头13在压射熔杯14通道中继续前进，然后压射室15内的液面上升，直到充满并在压射室15内建立压力，然后快速高压压射，冷却开模取出铸件后，得到高性能压铸件。

实施例2

对于浇注重量为1500克的铝合金压铸件，比如90cc及100cc摩托车发动机曲轴箱箱体模具，与650吨压铸机匹配，一模一腔，模具材料采用H13钢，注粉吹氩工艺可以这样设定：压射冲头13在压铸机压射机构的作用下前进，逐渐封堵浇注口12，向压射室15内通入0.3秒的氩气，此时压射室15内空气被驱走，压射冲头13未到达注粉吹氩通道11；然后储粉筒8内的粉末经过储粉筒8、注粉吹氩通道11、注粉吹氩控制器10通入压射室15内，注入0.2秒后停止，同时通入氩气；停止注粉后，氩气继续通入0.2秒后停止，压射冲头13在压射熔杯14通道中继续前进，然后压射室15内的液面上升，直到充满并在压射室15内建立压力，然后快速高压压射，冷却开模取出铸件后，得到高性能压铸件。

实施例3

对于浇注重量为3000克的铝合金压铸件，比如小型汽车发动机曲轴箱箱体模具，与1500吨压铸机匹配，一模一腔，模具材料采用H13钢，注粉吹氩工艺可以这样设定：压射冲头13在压铸机压射机构的作用下前进，逐渐封堵浇注口12，向压射室15内通入0.5秒的氩气，此时压射室15内空气被驱走，压射冲头13未到达注粉吹氩通道11；然后储粉筒8内的粉末经过储粉筒8、注粉吹氩通道11、注粉吹氩控制器10通入压射室15内，注入0.3秒后停止，同时通入氩气；停止注粉后，氩气继续通入0.3秒后停止，压射冲头13在压射熔杯14通道中继续前进，然后压射室15内的液面上升，直到充满并在压射室15内建立压力，然后快速高压压射，冷却开模取出铸件后，得到高性能压铸件。显然，附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）吹氩：压射冲头（13）在压铸机压射机构的作用下前进，逐渐封堵浇注口（12），向压射室（15）内通入0.1-0.5秒的氩气，此时压射室（15）内空气被驱走，压射冲头（13）未到达注粉吹氩通道（11）；

（2）注粉吹氩：将储粉筒（8）内的粉末注入压射室（15）内，注入0.1-0.3秒后停止，同时通入氩气；

（3）吹氩：停止注粉后，氩气继续通入0.1-0.3秒后停止；

（4）压射冲头（13）继续向模具方向前进，压射室（15）内的液态金属液面上升，粉末卷进液体中进行混合，直到液体充满并在压射室（15）内建立压力，然后高压压射，冷却开模取出铸件后，得到高性能压铸件。

2. 根据权利要求1所述的一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征是：步骤（2）所述的粉末的粒径为0.1-10um，且粉末的物质的晶格常数跟压铸成形的金属和合金相比，相对差小于或等于15%，该粉末作为金属凝固的结晶形核核心。

3. 根据权利要求1所述的一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征是：所述储粉筒（8）的温度为90-110℃，通入压力为100-450KPa的氩气。

4. 根据权利要求1所述的一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征是：步骤（2）所述粉末经过储粉筒（8）、注粉吹氩通道（11）、注粉吹氩控制器（10）通入压射室（15）内，所述注粉吹氩通道（11）位于压射熔杯（14）的中间部位。

5. 根据权利要求1所述的一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征是：氩气通过注粉吹氩通道（11）、注粉吹氩控制器（10）进入压射室（15）。

6. 根据权利要求1所述的一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征是：所述注粉吹氩控制器（10）为多用换向阀，位于氩气注粉吹氩通道（11）前方，固定在压铸机的定模安装板（7）上，或者单独固定在压铸机外固定。

7. 根据权利要求1所述的一种注粉吹氩压力铸造工艺，其特征是：步骤（4）所述粉末在压铸过程中与液态金属进行混合，粉末的注入量一般为压铸金属重量的0.01-0.05wt%。